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Die Erfindung betrifft einen Hubmagneten mit einem Magnetgehäuse, einem innerhalb dieses Magnetgehäuses bewegbar gelagerten Hubankerkolben mit einer Ankerstange, einer koaxialen Spulenanordnung und einem Konus. Derartige Hubmagneten werden beispielsweise bei elektronisch gesteuerten Kupplungsanordnungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei der Hubmagnet in der Kupplung beispielsweise einen Pumpenkolben steuert, der Hydrauliköl in das Kupplungssystem pumpt, so dass die Kupplung betätigt wird.
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Aus der
DE 696 04 130 T2 sind Elektromagneten bekannt, die eine Magnetspulenanordnung, die den längs zur Spulenachse beweglichen Hubankerkolben aufnimmt, ein der Führung des Magnetfeld dienendes Polteil und eine die Spulenanordnung und den Polteile umgebendes flussführendes Magnetgehäuse aufweisen. Für derartige Elektromagneten sind verschiedene Ankerlagerungen bekannt.
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Ein Elektromagnet mit diesen Merkmalen ist beispielsweise aus der
DE 198 59 116 A1 bekannt. Dort erfolgt eine Lagerung des Hubankerkolbens entweder einseitig mittels direkter Lagerung der Ankerstange auf einer Fläche eines Polteils, beispielsweise eines Jochteils, oder mittels jeweiliger Lagerung durch beiderseits des Hubankerkolbens ausgebildeten Ankerstangen auf einer Fläche eines Kerns und des Polteils. Der Hubankerkolben selbst weist keine Lagerstelle auf.
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Die
DE 102 38 840 A1 zeigt eine direkte Lagerung des Hubankerkolbens in einem Lagerrohr bzw. einer Lagerhülse. Diese Lagerart bietet eine verbesserte Konzentrizität der beiden Lagerstellen des Hubankers.
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Aus der
DE 93 10 843 U1 ist ferner ein Elektromagnet bekannt, bei dem der Hubankerkolben direkt innerhalb einer Spulenträgeranordnung axial gleitend geführt ist.
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Die
DE 18 96 601 U offenbart einen Elektromagneten, bei dem Spulenkörper und Führung des Hubankerkolbens aus einem Stück bestehen können, wobei mindestens ein Teil der Innenfläche des Spulenkörpers als Gleitlager für den Hubankerkolben ausgebildet ist.
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Bei diesen bekannten Lösungen ist es nachteilig, dass zur Lagerung ein zusätzliches Bauteil im Magnetgehäuse des Elektromagneten verwendet wird. Durch die Bauteildicke dieses Bauteils sind größere Spalte erforderlich, die einen reduzierten magnetischen Fluss bzw. eine geringere Kraftwirkung des Elektromagneten zur Folge haben.
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Aus der
DE 199 53 788 A1 sind elektromagnetische Aktoren bekannt, bei denen Anker und Polkern Konusform aufweisen, die Lagerstellen für Anker und Stößel sind jedoch nicht offenbart.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, bei gleicher technischer Anforderungen zum einen die Bauteile im Elektromagneten und auch dessen Gewicht und seine Baugröße und die Kosten zu reduzieren.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch die Fertigung bedingte Toleranzkette zwischen Konus und der hinteren Lagerstelle bei einer sogenannten Bauch-Stangen-Lagerung, d. h., eine Lagerstelle liegt im Hubankerkolben, die andere in der mit dem Hubankerkolben verbundene Ankerstange, zu reduzieren, da einzelne Teile entfallen können. Dies wirkt sich positiv auf die Konzentrizität der beiden Lagerstellen aus.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Magnetgehäuse derart als Joch ausgebildet ist, dass es eine Lagerung des Hubankerkolbens bewirkt. Die direkte Lagerung des Hubankerkolbens in einem am Magnetgehäuse ausgeformten Joch hat nicht nur die Einsparung von Bauteilen zur Folge, wodurch eine Kosteneinsparung bei Einzelteilen, geringere Fertigung- und Logistikaufwand die Folge ist, sondern führt auch zu einer Verkürzung der Toleranzkette zwischen einer ersten Lagerstelle – beispielsweise im Konus – und der anderen Lagerstelle im Magnetgehäuse, so dass sich eine bessere Konzentrizität und eine geringere Hysterese und damit eine höhere Magnetkraft ergibt.
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Die erfinderische Idee der direkten Lagerung des Hubankerkolbens im Magnetgehäuse beruht darauf, einen verkleinerten radialen Luftspalt zwischen Anker und Magnetgehäuse im Jochbereich vorzusehen. Dadurch reduziert sich der magnetische Widerstand und erhöht sich der magnetische Fluss. Die Luftspaltreduzierung wird durch eine direkte Stahl auf Stahl Lagerung des Hubankerkolbens umgesetzt. Die Lagerung erfolgt hier nicht in einem Joch als separates Bauteil, sondern in einem am Magnetgehäuse ausgeformtem Joch.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Magnetgehäuse des Hubmagneten im Bereich des Hubankerkolbens in seinem Außendurchmesser derart verjüngt ist, dass sein Innendurchmesser nur wenig größer als der Außendurchmesser des Hubankerkolbens ist und einen Gehäusedom bildet.
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Erfindungsgemäß kann ein Lagerring in dem Gehäusedom angeordnet sein, in dem der Hubankerkolben gelagert ist, so dass die Lagerung indirekt über den Lagerring erfolgt, in dem der Hubankerkolben geführt ist.
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Alternativ kann der Hubankerkolben an seinem Umfang eine radiale Erhebung im Bereich des Gehäusedomes aufweisen, so dass die Lagerung des Hubankerkolbens direkt am Umfang des Hubankerkolbens im Bereich des Gehäusedomes erfolgt, wobei die radiale Erhebung des Hubankerkolbens an der Innenfläche des Gehäusedomes gelagert ist.
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In vorteilhafter Weise kann der Hubankerkolben mit einer zusätzlichen tribologisch optimierten Oberflächenbeschichtung versehen sein.
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Ein Teil des Magnetflusses zum Hubankerkolben lässt sich erfindungsgemäß beeinflussen, wenn zwischen der rechten Abgrenzung der Spulenanordnung und dem flussführendem Magnetgehäuse ein zusätzliches Joch in Form eines axial und radial sich erstreckenden Winkels vorgesehen ist, dessen axialer Schenkel von der Spulenhalterung überdeckt wird und auch einen Teil des Hubankerkolbens derart überdeckt, dass der radiale Schenkel des Joches als seitliche Abgrenzung der Spulenanordnung dient.
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Erfindungsgemäß kann die axiale Ausbuchtung des Gehäusedomes allein vom Hub des Hubankerkolbens abhängig sein.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen seitlichen Längsquerschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Hubmagneten mit einem Lagerring und
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2 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Hubmagneten mit direkter Lagerung des Hubankerkolbens.
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Die 1 zeigt einen Hubmagneten 1, der eine koaxiale Spulenanordnung mit einer Spule 2 aufweist, die in einer aus Kunststoff bestehenden Spulenhalterung 3 gelagert ist. Die Spulenanordnung 2, 3 kann über einen auf einen Steckanschluss 19 aufgeschnappten Stecker 20 mit elektrischem Strom versorgt werden. Dargestellt ist der unbestromte Zustand des Hubmagneten 1, bei dem sich ein Hubankerkolben 4 des Hubmagneten 1 zumindest teilweise seitlich außerhalb der Spulenanordnung 2, 3 und nahezu vollständig innerhalb einer axialen Ausbuchtung eines flussführenden Magnetgehäuses 5, eines sogenannten Gehäusedoms 6, befindet.
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Bei Bestromung wird der teilweise von der Spulenanordnung 2, 3 umgebene Hubankerkolben 4 in Richtung auf ein gegenüber dem Gehäusedom 6 angeordnetes Polteil angezogen. Das Polteil, der Konus, besteht aus zwei Teilen und umfasst eine axiale Konushülse 7 und einen in radialer Richtung sich erstreckenden, die Konushülse 7 teilweise umgreifenden Konusring 8.
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Bei Entstromung des Hubmagneten 1 wird der Hubankerkolben 4 durch eine nicht dargestellte, außerhalb des Hubmagneten 1 angeordnete Federanordnung wieder in die dargestellte Position im Bereich des Gehäusedoms 6 gedrückt.
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Die axiale Konushülse 7 weist an ihrer dem Hubankerkolben 4 zugewandten Stirnseite ein Steuerteil 9 auf, durch dessen Ausformung und Gestaltung die Kennlinie des Hubmagneten 1 beeinflusst werden kann, so dass beispielsweise die Magnetkraft linear über den Hub konstant bleibt. Der Konusring 8 bildet die seitliche Begrenzung der Spulenhalterung 3.
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Der Hubankerkolben 4 weist eine durchgehende zentrale Ankerbohrung 10 auf, in die von der Seite der Konushülse 7 eine Ankerstange 11 eingedrückt ist, die in axialer Richtung aus dem Hubankerkolben 4 herausragt und eine konzentrisch in der Konushülse 7 angeordnete durchgehende Konusbohrung 12 durchgreift. In die Konusbohrung 12 ist eine Lagerbuchse 13 eingepresst, in der die Ankerstange 11 gelagert und geführt ist.
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Mit der Ankerstange 11 können Pumpenkolben, Aktoren sowie elektromagnetisch betätigbare Ventilanwendungen betrieben werden. Sie steht an ihrem anderen Ende mit der oben erwähnten, nicht dargestellten Federanordnung in Verbindung. Bei Betätigung des Hubmagneten 1 wird die Feder durch die Ankerstange 11 vorgespannt. Bei Entstromung des Hubmagneten 1 drückt die Feder diese Ankerstange 11 und damit den Hubankerkolben 4 wieder zurück in seine dargestellte Ausgangs- und Ruheposition.
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Die zur Konushülse 7 zugewandte Stirnseite des Hubankerkolbens 4 weist eine konusförmige Abflachung 15 auf, deren axiale Kontur der Kontur des entsprechend geformten Steuerteils 9 der Konushülse 7 angepasst ist.
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Üblicherweise wird der magnetische Fluss über ein Joch, einen flussführenden Teil des Magnetgehäuses, den Hubankerkolben und den Konus geschlossen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch das flussführende Magnetgehäuse 5 als Teil des Joches ausgebildet. Der Hubankerkolben 4 ist direkt in einer einzigen Lagerstelle, beispielsweise in einem Lagerring 14, geführt, der in dem Gehäusedom 6 des Magnetgehäuses 5 eingepasst ist. Die Lagerung erfolgt also auf der einen Seite in dem entgegen der Betätigungsrichtung des Hubankerkolbens 4 gerichteten axialen Gehäusedom 6 des Magnetgehäuses 5, dessen axiale Länge durch den benötigten Hub festgelegt ist. Als zweite Lagerstelle des Hubankers 4 und 11 dient die Lagerbuchse 13, die in die axiale Konusbohrung 12 von der Innenseite des Hubraums des Hubankerkolbens 4 eingepresst ist. In dieser Lagerbuchse 13 ist die mit dem Hubankerkolben 4 verbundene Ankerstange 11 geführt.
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Parallel zu der Ankerbohrung 10 weist der Hubankerkolben 4 noch zwei durchgehende Druckausgleichsbohrungen 17 auf. Die der Konushülse 7 abgewandte Stirnseite des Hubankerkolbens 4 ist mit einem Dämpfungsteil 18 versehen, das in der Ruhestellung zwischen Hubankerkolben 4 und Deckel des Gehäusedoms 6 liegt und beim Rückfallen des Hubankerkolbens 4 diesen abfängt.
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Zwischen der rechten Abgrenzung der Spulenanordnung 2, 3 und dem flussführenden Magnetgehäuse 5 ist ein zusätzliches Joch 16 in Form eines axial und radial sich erstreckenden, im Querschnitt L-förmig ausgebildeten Winkels vorgesehen, dessen axialer Schenkel von der Spulenhalterung 3 überdeckt wird und auch einen Teil des Hubankerkolbens 4 überdeckt. Der radiale Schenkel des Joches 16 dient als seitliche Abgrenzung der Spulenanordnung 2, 3.
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Durch den axialen Schenkel des Joches 16 wird lediglich eine größere ”Überdeckung” zwischen Hubankerkolben 4 und dem zum ”richtigen” Joch ausgeformten Magnetgehäuse 5 erzielt.
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Durch die erfindungsgemäße im Außendurchmesser derart verjüngte Ausformung des Magnetgehäuses 5 des Hubmagneten 1 als Joch fungierender Gehäusedom 6, so dass sein Innendurchmesser nur wenig größer als der Außendurchmesser des Ankerkolbens ist, wird erreicht, dass bei gleicher technischer Anforderungen zum einen die Anzahl der Bauteile im Elektromagneten und somit auch dessen Gewicht und seine Baugröße sich reduzieren. Die Abmessung der axialen Ausbuchtung des Gehäusedomes 6 ist allein abhängig vom gewünschten Hub des Hubankerkolbens 4.
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Der Hubankerkolben 4 wird in diesem außerhalb des Bereiches der Spulenanordnung 2 und 3 angeordneten Gehäusedom 6 abgesetzt, damit nur ein kleiner Bereich des Hubankerkolbens 4 Kontakt mit der Lagerfläche des Magnetgehäuses 5 hat. Die Lagerstelle kann anstelle des in der 1 dargestellten Lagerrings 14 durch eine radiale Erhebung 21 am Umfang des Hubankerkolbens 4 im Bereich des Gehäusedomes 6 erfolgen, wie dies beispielsweise in der 2 dargestellt ist, die einen seitlichen Längsquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Hubmagneten 1 zeigt. Weiterhin ist die Konusbohrung 12 der Konushülse 7 nur im Bereich des axialen Schenkels der Lagerbuchse 13 mit geringem Durchmesser versehen. Zur Antriebsseite hin weist die Konusbohrung 12 eine konusförmige Erweiterung 22 auf.
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In der 2 sind alle gleichen Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen. Es gilt also somit im Wesentlichen die Beschreibung zu der 1.
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Alternativ zu der radialen Erhebung kann die Lagerung durch ein DU-Lager oder sonstiges Lager wie den Lagerring 14 erfolgen, das direkt im Gehäusedom 6 angeordnet ist.
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Um die Dauerfestigkeit der Lagerstelle sicherzustellen und die Magnethysterese entsprechend zu minimieren, kann der Hubankerkolben 4 mit einer zusätzlichen tribologisch optimierten Oberflächenbeschichtung versehen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Elektromagnet noch das zusätzliche Joch 16 aufweisen, das jedoch nur einen Teil des Magnetflusses zum Hubankerkolben 4 koppelt. Der größte Teil läuft weiterhin durch das Magnetgehäuse 5 bzw. den Gehäusedom 6, in dem der Hubankerkolben 4 gelagert ist, weil hier der radiale Luftspalt kleiner ist als zwischen dem zusätzlichem Joch 16 und dem Hubankerkolben 4.
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Das zum Joch geformte Gehäuseteil, der Gehäusedom 6, kann einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die geteilte Ausführung hat den Vorteil, dass sich beim Zusammenbau der Einzelteile zum fertigen Magneten die Montage verbessert und vereinfacht, hat aber den Nachteil, dass damit eine zusätzliche Abdichtstelle entsteht, die abgedichtet werden muss. Die einstückige Ausführung hat hingegen nur Herstellungs- und fertigungstechnische Nachteile.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hubmagneten
- 2
- Spule
- 3
- Spulenhalterung
- 4
- Hubankerkolben
- 5
- Magnetgehäuse
- 6
- Gehäusedom
- 7
- Konushülse
- 8
- Konusring
- 9
- Steuerteil
- 10
- Ankerbohrung
- 11
- Ankerstange
- 12
- Konusbohrung
- 13
- Lagerbuchse
- 14
- Lagerring
- 15
- Abflachung
- 16
- Joch
- 17
- Druckausgleichsbohrungen
- 18
- Dämpfungsteil
- 19
- Steckanschluss
- 20
- Stecker
- 21
- radiale Erhebung
- 22
- konusförmige Erweiterung
